Розрахунок втрат тиску в гідролініях та вибір гідроліній

5.1 Теоретичні відомості

Всі гідролінії, що з’єднують гідравлічні агрегати, взаємне розташування яких постійне, виконуються жорсткими, з металевих труб. Такі труби з’єднуються між собою зварюванням (нероз’ємне з’єднання) чи за допомогою штуцерних пристроїв (роз’ємне з’єднання) [1, ст. 41].

Для тисків 15 МПа і вище застосовують сталеві безшовні труби. Сталеві електрозварені труби використовують при тисках до 7 МПа, труби з алюмінієвих сплавів − для тисків до 15 МПа, з мідних – до 3 МПа.

Для з’єднання гідравлічних агрегатів, взаємне розташування яких під час роботи технологічної машини змінюється, використовуються гнучкі гідролінії - рукави високого тиску.

На рис. 5.1 наведена конструктивна схема рукава високого тиску.

Рисунок 5.1 – Конструктивна схема рукава високого тиску:

1 – внутрішня гумова трубка;

2 – металева сітка;

3 – зовнішня гумова трубка

Внутрішня трубка 1 з маслостійкої гуми обмотана ззовні металевою сіткою 2, яка є силовим елементом, що сприймає сили тиску рідини в рукаві. Зверху вся конструкція захищена гумовим шаром 3. Крім гумових та металевих шарів можуть використовуватись також обмотки з міцних ниток – корда, які забезпечують монолітність всієї конструкції.

В конструкціях рукавів високого тиску використовують один чи три металевих каркаси, які розділені гумово-кордовими шарами. Безумовно, чим більше металевих каркасів, тим вищий допустимий робочий тиск в рукаві, але повноцінно використовуються міцнісні властивості тільки внутрішнього каркасу, який сприймає в багатокаркасній конструкції біля 60% тиску в рукаві. Найменш ефективний третій каркас, який сприймає всього біля 10% тиску.

Найчастіше використовуються двокаркасні рукави.

Рукави високого тиску чутливі до якості виготовлення та експлуатації, а саме:

- не можна закручувати рукав відносно його осі при монтажі в гідросистемі;

- не можна допускати радіусів згинання рукава, менше допустимих;

- ресурс рукава, в основному, визначається формою, амплітудою і частотою пульсації тиску в ньому, за умови, що не буде перевищена величина робочого тиску;

- відповідальним елементом конструкції рукава є місце кріплення металевих наконечників – штуцерних елементів.

Здатність рукава високого тиску протидіяти тиску рідини набагато нижча, ніж у сталевих трубопроводів, тобто деформації його порожнини значно більші, тому швидкість звуку в ньому значно менша, також менше і підвищення тиску при гідравлічних ударах.

Усталені і нестаціонарні процеси в гідролініях істотно впливають на технологічні характеристики гідропривода в цілому. Практичне значення має вибір оптимальної величини живого перерізу гідролінії, оцінювання хвильових процесів в ньому, тому що гідролінія з рідиною, яка рухається, є динамічною системою з розподіленими параметрами. Уявлення про конструкції гідролінії, які використовуються в верстатах, дозволяє оцінити їх вплив на роботу гідроприводів.

Основним параметром гідролінії, що підлягає розрахунку, є діаметр гідролінії. При цьому вирішується важливе техніко-економічне завдання, тому, що призначення мінімальних розмірів приведе до пониження маси і габаритів гідросистеми, що є позитивним моментом, але в той же час зростуть втрати тиску і, відповідно, потужності через підвищення швидкості течії в трубах. Тобто зменшиться ККД гідропривода.

Інженерний підхід до цього розрахунку полягає в тому, що вибирають оптимальні, практично апробовані середні значення швидкості течії робочої рідини в залежності від призначення гідролінії, а потім визначають діаметр отвору труби за формулою [1, ст. 39]:

, (5.1)

де – середня швидкість потоку рідини в трубі;

– максимальна витрата рідини через гідролінію.

Рекомендовані значення наведені у табл. 5.1.

Таблиця 5.1 – Рекомендовані значення середньої швидкості руху робочої рідини

Як правило, втрати тиску в гідролінії, враховуючи втрати в місцевих опорах, не повинні перевищувати 5...10% тиску на виході насоса. Однак при більшій довжині гідроліній (10...30) м після визначення необхідно перевірити сумарну величину втрат тиску. Слід відзначити, що більш простим є визначення , як умовного проходу за значенням [1], але такий метод менш точний.

Втрати тиску в круглій трубі із-за тертя рідини в гідролінії довжиною дорівнюють [1, ст. 98]:

(5.2)

де – коефіцієнт опору, однаковий для металевих труб і прямолінійних ділянок рукавів високого тиску, який залежить від режиму течії рідини в гідролінії, що впливає на втрати енергії при переміщенні рідини, який знаходиться за формулою 5.4 та 5.5;

– густина рідини, що рухається в гідролінії.

Існує два режими течії рідини в гідролінії – ламінарний та турбулентний:

- ламінарний режим, в якому рідина тече окремими нашаруваннями, не перемішуючись;

- турбулентний режим, в якому розподілення швидкостей хаотичне, а рідина перемішується по всьому об’єму потоку.

Встановлено, що перехід від ламінарного режиму до турбулентного і навпаки визначається безрозмірним критерієм Re, який називається числом Рейнольдcа:

, (5.3)

де – коефіцієнт кінематичної в’язкості, який вибирається в залежності від марки мастила, м²/с [1, ст. 18].

При Re<2000...2320 потік ламінарний, а при Re>2320 –турбулентний. Існує ряд факторів (шорсткість стінок отвору труби, умови входу потоку в трубу та ін.), які можуть змінювати вказані вище критичні значення.

В свою чергу коефіцієнт опору для ламінарного режиму течії рідини:

. (5.4)

Для турбулентного режиму течії рідини:

. (5.5)

Слід зазначити, що коефіцієнт опору залежить від шорсткості труби (при турбулентній течії). Разом з тим в гідролініях гідроприводів, як правило, швидкості течії такі, що турбулізація потоку незначна. При цьому трубу можна вважати практично гладкою, а втрати тиску оцінювати за номограмами [ ].

Сумарні втрати тиску по довжині гідролінії і в місцевих гідравлічних опорах для гідроприводів не повинні перевищувати 10% від тиску, що розвивається насосом (в гідроприводах низького тиску до 20%).

5.2 Алгоритм розрахунку втрат тиску в гідролініях та вибір гідроліній

1) За отриманою схемою гідроприводу виділяють певні види гідроліній за призначенням, для яких за табл. 5.1 знаходиться середня швидкість потоку рідини та проводиться розрахунок по наступним пунктам 2-7 для кожного виду гідролінії.

2) За формулою 5.1 знаходиться внутрішній діаметр труби для середнього значення швидкості потоку рідини .

. (5.6)

3) Отримане значення округлюється до найближчого стандартного значення діаметра гідролінії [2].

4) Розраховується реальне значення швидкості рідини для стандартного діаметра гідролінії :

(5.7)

– подача насоса (розглядається варіант, коли вся рідина йде в гідромотор при закритому зворотньому клапані).

5) Знаходиться режим течії в гідролінії, для цього за формулою 5.3 знаходиться число Рейнольда, використовуючи стандартне значення діаметра гідролінії та реальне значення швидкості :

(5.8)

Re < 2000...2320 – потік ламінарний,

Re > 2320 – потік турбулентний,

6) За формулою 2.4 та 2.5 знаходиться коефіцієнт опору, враховуючи режими течії рідини:

– для ламінарного режиму;

– для турбулентного режиму.

7) За формулою 5.2 визначається втрати тиску в гідролінії, МПа:

. (5.9)

5.3 Приклад розрахунку

Задача: розрахувати втрати тиску в гідролініях та вибрати стандартні значення діаметрів гідроліній з використанням галузевих стандартів.

Вхідні дані:

= 1,6×10^-3 м³/с – номінальна подача насоса;

= 20 МПа – номінальний тиск на виході насоса;

= 1,5 м, = 2,5 м, = 2 м, = 1,5 м, = 1,0 м – довжини гідроліній нагнітання;

= 0,5 м, = 3 м, = 2,5 м – довжини гідроліній зливу;

= 1,5 м – довжина гідролінії всмоктування;

= 40×10^-6 м²/с – кінематична в’язкість робочої рідини (для И40А);

= 900 кг/м³ – густина робочої рідини;

= 0,42 МПа; = 0,28 МПа; = 0,2 МПа; = 0,1 МПа; = 0,46 МПа – втрати тиску в гідроагрегатах.

Гідравлічна схема для розрахунку:

Рисунок 5.2 – Схема гідроприводу

1) Враховуючи види гідроліній та номінальний тиск на виході насоса, за табл. 5.1 вибираємо середні швидкості потоку рідини по гідролініям

= 8 м/с;

= 2 м/с;

= 1,5 м/с.

2) Розраховуємо діаметри нагнітальних, зливних та всмоктувальних гідроліній:

м;

м;

м.

3) Отримані значення округляємо до найближчого стандартного значення діаметра гідроліній :

= 0,016 м = 16 мм;

= 0,032 м = 32 мм;

= 0,040 м = 40 мм.

4) Розраховуємо реальне значення швидкості рідини для стандартного діаметра гідролінії :

м/с;

м/с;

м/с.

5) Знаходимо режими течії в гідролініях, для цього за формулою 5.8 знаходимо число Рейнольдса, використовуючи стандартне значення діаметра гідролінії та реальне значення швидкості руху рідини в гідролінії:

– турбулентний режим течії;

– ламінарний режим течії;

– ламінарний режим течії.

6) Знаходимо коефіцієнт опору, враховуючи режими течії рідини:

;

;

.

7) Визначаються втрати тиску в гідролініях в МПа:

;

для гідроліній нагнітання

= 111734 Па ≈ 0,111 МПа;

= 0,18 МПа;

= 0,15 МПа;

= 0,112 МПа;

= 0,074 МПа;

для гідроліній зливу

= 0,001 МПа;

= 0,007 МПа;

= 0,006 МПа;

для гідролінії нагнітання

= 0,001 МПа.

8) Складаємо зведену таблицю розрахунків (таблиця 5.2).

Таблиця 5.2 – Втрати тиску в гідролініях

№ г/л	Вид г/л	, м	, м/с		Тип течії рідини		, м	, МПа
	в	0,04	1,27		л	0,05	1,5	0,001
	н	0,016	7,96		т	0,042	1,5	0,111
	н	0,016	7,96		т	0,042	2,5	0,186
	н	0,016	7,96		т	0,042	2,0	0,15
	н	0,016	7,96		т	0,042	1,5	0,112
	з	0,032	1,99		л	0,04	0,5	0,001
	з	0,032	1,99		л	0,04	3,0	0,007
	н	0,016	7,96		т	0,042	1,0	0,074
	з	0,032	1,99		л	0,04	2,5	0,006

“н” – гідролінія нагнітання

“з” – гідролінія зливу

“в” – гідролінія всмоктування

“т” – турбулентний режим течії рідини

“л” – ламінарний режим течії рідини

9) Визначаємо сумарні втрати тиску в гідролініях

;

= 0,001+0,111+0,186+0,15+0,112+0,001+0,007+0,074+0,006 =

= 0,513 МПа.

10) Визначаємо сумарні втрати тиску в гідроприводі, що включають втрати тиску по довжині гідроліній і в місцевих гідравлічних опорах:

;

= 0,42 + 0,28 + 0,2 + 0,1 + 0,46 + 0,51 = 1,97 МПа.

Перевіряємо умову:

;

1,97 МПа 0,1·20 = 2 МПа.

Умова виконується, отже вибір гідроагрегатів і гідроліній виконано вірно.

СЛОВНИК ТЕРМІНІВ

Гідравліка – hydraulics;

гідропривод – gidroprivod;

виконавчий контур – executive contour;

цикл роботи – cycle of work;

робоча рідина – working liquid;

тиск – pressure;

подача (витрата, продуктивність) – serve (expense, productivity);

гідродвигун – gidrodvigun;

енергонасиченість – power saturation;

гідроциліндр – gidrotsilindr;

поршень – piston;

плунжер – plunzher;

шток – shtok;

ефективна площа поршня – effective area of piston;

приведений хід штока – motion of shtoka is resulted;

коефіцієнт закріплення – coefficient of fixing;

корисне зусилля – useful effort;

в’язке тертя – v’yazke tertya;

гідромотор – gidromotor;

технологічний момент – technological moment;

поворотний гідродвигун – turning gidrodvigun;

гідронасос – gidronasos;

об’ємні насоси – volume pump;

шестеренний насос – cog-wheel pump;

пластинчатий насос – plastinchatiy pump;

поршневий насос – piston pump;

робочий об’єм – swept volume;

характерний об’єм – characteristic volume;

об’ємний ККД – volume KKD;

механічний ККД – mechanical KKD;

гідравлічний ККД – hydraulic KKD;

приводний двигун – drive engine;

обслуговуючі гідроагрегати – attendant gidroagregati;

гідроємність (гідробак, гідроакумулятор) – gidroemnist' (gidrobak, gidroakumulyator);

фільтр – filter;

теплообмінник – teploobminnik;

напрямні гідроапарати – sending gidroaparati;

гідророзподільник – gidrorozpodil'nik;

зворотний клапан – reverse valve;

гідрозамок – gidrozamok;

золотник – slide-valve;

регулювальні гідроапарати – regulation gidroaparati;

клапан (регулятор) тиску – valve (regulator) of pressure;

запобіжний клапан – safety-valve;

переливний клапан – flowing valve;

редукційний клапан – reduction valve;

дросельний регулятор витрати – throttle regulator of expense;

гідролінія – gidroliniya;

умовний прохід – a passage-way is conditional;

рукав високого тиску – sleeve of high pressure;

ламінарний режим – mode of laminarniy;

турбулентний режим – turbulent mode;

число Рейнольдса – number of Reynol'dsa;

коефіцієнт опору – coefficient of resistance;

втрати тиску – losses of pressure.

ЛІТЕРАТУРА

1. Бурєнніков Ю. А., Немировський І. А., Козлов Л. Г. Гідравліка і гідропневмопривод. Ч. 1. Гідравліка і гідропривод. Навчальний посібник. – Вінниця: ВНТУ, 2003. – 123 с.

2. Свешников В. К., Усов А. А. Станочные гидроприводы. Справочник – М.: Машиностроение, 1982.

3. Гидравлические агрегаты тракторов и с/х машин. Каталог – Москва, 1990, част. 1, 2, 3.

4. Гидравлическое оборудование для гибких производственных систем, других машин и механизмов. Каталог – Харьков, 1988.

5. Абрамов Е. И., Колесниченко К. А., Маслов В. Т. Элементы гидропривода – Киев: Техника, 1977.

6. Васильченко В. А. Гидравлические приводы мобильных машин. Справочник. – М. Машиностроение, 1988.

7. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. Справочник – М.: Машиностроение, Москва, 2001, том 3.

8. Финкельштейн З. Л. Расчет, проектирование и эксплуатация объемного гидропривода: Учеб. пособие / З. Л. Финкельштейн, О. М. Яхно, В. Г. Чебан, З. Я. Лурье, И. А. Чекмасова. – К.: НТУУ «КПИ», 2006. – 216 с.

Додаток А

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Вінницький національний технічний університет

Інститут машинобудування та транспорту

Кафедра технології та автоматизації машинобудування

ЗАТВЕРДЖУЮ

зав. кафедри ТАМ, проф., д.т.н.

______________ І.О. Сивак

(підпис)

”___” ___________ 201_ р.

ІНДИВІДУАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

на курсову роботу

з дисципліни

“Гідравліка, гідро- та пневмопривод”

студенту ________________________ факультету _________ гр. _______

1. Розрахувати параметри та підібрати гідроагрегати заданої схеми:

2. Вихідні дані:

Продовження додатку А

ЗМІСТ РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНОЇ ЗАПИСКИ

1. Схема гідроприводу та опис її роботи в режимах

1.1 Холостий хід

1.2 Робочий режим

1.3 Режим перенавантаження

2. Вибір гідроагрегатів

2.1 Розрахунок параметрів та вибір гідродвигуна (гідроциліндра або гідромотора)

2.2 Розрахунок параметрів та вибір гідронасоса

2.2.1 Розрахунок параметрів та вибір гідронасоса

2.2.2 Розрахунок потужності та вибір приводного двигуна

2.2.3 Вибір робочої рідини

2.2.4 Розрахунок місткості гідробаку

2.3 Вибір гідророзподільників

2.4 Вибір гідроклапанів

2.5 Вибір регуляторів потоку

2.6 Вибір фільтрів

3. Розрахунок втрат тиску в гідролініях та вибір гідроліній

3.1 Розрахунок втрат тиску в гідролініях

3.2 Вибір гідроліній

4. Опис конструкції заданого гідроагрегата

4.1 Опис конструкції гідроагрегата

4.2 Розрахунок елементів

5. Розрахунок та вибір ущільнень для заданого гідроагрегата

6. Математичне моделювання схеми гідроприводу

6.1 Синтез схеми гідроприводу за допомогою програмних пакетів MATLAB Simulink, Mathcad, FluidSim

6.2 Визначення статичних, динамічних та енергетичних характеристик гідроприводу

ГРАФІЧНА ЧАСТИНА

1. Схема гідравлічна принципова (формат А2)

2. Складальне креслення заданого гідроагрегату (формат А2)

Дата видачі ”___” ___________ 201_ р.

Керівник ________________ Завдання отримав ________________

(підпис) (підпис)

Додаток Б

Варіанти завдань для виконання КР

Варіант №1

Варіант №2

Варіант №3

Варіант №4

Варіант №5

Варіант №6

Варіант №7

Варіант №8

Варіант №9

Варіант №10

Варіант №11

Варіант №12

Варіант №13

Варіант №14

Варіант №15

Варіант №16

Варіант №17

Варіант №18

Варіант №19

Варіант №20

Варіант №21

Додаток В

Таблиця Б1 – Символи і умовні позначення

Найменування елементу гідропривода	Символ, що використовуються для умовного позначення
Напірна гідролінія (джерело тиску), зливна гідролінія
Гідролінії: основна (робочі, напірні, зливні, всмоктуючі), керування, дренажна (відведення витоків)
Гнучка гідролінія (рукав високого тиску)
З’єднання гідроліній
Гідролінії, що перетинаються (без з’єднання)
Резервуар (гідробак)
Акумулятор (без вказування принципу дії)
Електродвигун
Тепловий двигун
Фільтр
Охолоджувач
Нагрівач

Продовження таблиці В1

Насоси: постійної подачі нереверсивний,
постійної подачі реверсивний,
регульований реверсивний
Гідромотори: нерегульований нереверсивний,
нерегульований реверсивний,
регульований реверсивний
Гідродвигун неповноповоротний
Гідроциліндри: односторонньої дії,
односторонньої дії з повертаючою пружиною,
плунжерний,
двохсторонньої дії з одностороннім штоком,
двохсторонньої дії з двохстороннім штоком,

Продовження таблиці В1

диференційний,
з одностороннім демпфуванням поршня в кінцевому положенні,
з демпфуванням поршня в кінцевих положеннях,
з регульованим демпфуванням поршня в кінцевих положеннях,
телескопічний
Гідравлічні опори: дросель (витрата залежить від в’язкості рідини),
діафрагма (витрата не залежить від в’язкості рідини)
Дросель регульований
Двохлінійний регулятор потоку	або
Клапани тиску: напірний клапан,
редукційний клапан

Продовження таблиці В1

Ділильник потоку
Суматор потоку
Гідророзподільник чотирьохлінійний троьхпозиційний (4/3) з ручним керуванням і автоматичною фіксацією середнього положення
Клапан зворотний ненавантажений
Клапан зворотний з пружинним ненавантаженням
Дросель зі зворотним клапаном
Клапан з логічною функцією “або”
Клапан зворотний керований односторонній	або
Клапан зворотний керований двохсторонній	або
Вимірювальні прилади: манометр,
термометр,
витратомір

Додаток Г

Поиск по сайту: